Астрономы изучили событие приливного разрушения звезды черной дырой
Недавние наблюдения черной дыры, пожирающей блуждающую звезду, могут помочь ученым понять более сложное поведение черных дыр.
Несколько телескопов НАСА недавно наблюдали, как массивная черная дыра разрывает на части несчастную звезду, которая подошла слишком близко. Расположенная примерно в 250 миллионах световых лет от Земли в центре другой галактики, она стала пятым ближайшим примером уничтожения звезды черной дырой из когда-либо наблюдавшихся.
Как только звезда была полностью разорвана гравитацией черной дыры, астрономы увидели резкий рост высокоэнергетического рентгеновского света вокруг черной дыры. Это указывало на то, что по мере того, как звездный материал тянулся к своей гибели, он образовывал чрезвычайно горячую структуру над черной дырой, называемую короной.
Согласно новому исследованию, спутник НАСА NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) является наиболее чувствительным космическим телескопом, способным наблюдать эти длины волн света, а близость события обеспечила беспрецедентное представление о формировании и эволюции короны.
Работа демонстрирует, как разрушение звезды черной дырой — процесс, официально известный как событие приливного разрушения — можно использовать для лучшего понимания того, что происходит с материалом, захваченным черной дырой, прежде чем он будет полностью поглощен.
Большинство черных дыр, которые могут изучать ученые, окружены горячим газом, который накапливался в течение многих лет, иногда тысячелетий, и образовывал диски шириной в миллиарды километров. В некоторых случаях эти диски сияют ярче, чем целые галактики. Даже вокруг этих ярких источников, но особенно вокруг гораздо менее активных черных дыр, выделяется одна поглощаемая звезда.
И от начала до конца процесс часто занимает всего несколько недель или месяцев. Наблюдаемость и короткая продолжительность приливных разрушений делают их особенно привлекательными для астрономов, которые могут понять, как гравитация черной дыры манипулирует материалом вокруг нее, создавая невероятные световые шоу и новые физические свойства.
В центре внимания нового исследования находится событие под названием AT2021ehb, которое произошло в галактике с центральной черной дырой примерно в 10 миллионов раз больше массы нашего Солнца. Во время этого приливного разрушения сторона звезды, ближайшая к черной дыре, тянулась сильнее, чем дальняя сторона звезды, растягивая звезду на части и не оставляя ничего, кроме горячего газа.
Ученые считают, что во время таких событий поток газа закручивается вокруг черной дыры, сталкиваясь сам с собой. Считается, что это создает ударные волны и направленные наружу потоки газа, которые генерируют видимый свет, а также длины волн, невидимые человеческому глазу, такие как ультрафиолетовый свет и рентгеновские лучи.
Затем материал начинает оседать в виде диска, вращающегося вокруг черной дыры, при этом трение генерирует низкоэнергетическое рентгеновское излучение. В случае с AT2021ehb эта серия событий произошла всего за 100 дней.
Событие было впервые замечено 1 марта 2021 года телескопом Zwicky Transient Facility (ZTF), расположенной в Паломарской обсерватории. Впоследствии оно было изучено с помощью обсерватории Neil Gehrels Swift и телескопа NICER (который наблюдает более длинные волны рентгеновского излучения, чем Свифт).
Затем, примерно через 300 дней после того, как событие было впервые замечено, NuSTAR начал наблюдать за системой. Ученые были удивлены, когда NuSTAR обнаружил корону — облако горячей плазмы или атомы газа с оторванными электронами — поскольку короны обычно появляются со струями газа (джеты), которые текут в противоположных направлениях от черной дыры.
Однако при приливном событии AT2021ehb не было джетов, что делало наблюдение короны неожиданным. Короны излучают рентгеновское излучение с более высокой энергией, чем любая другая часть черной дыры, но ученые не знают, откуда берется плазма и как именно она становится такой горячей.
«Мы никогда не видели такого события приливного разрушения с рентгеновским излучением, как это, без присутствия джетов, и это действительно впечатляюще, потому что это означает, что мы потенциально можем распутать, что вызывает джеты и что вызывает короны», — сказал Юхан Яо, ведущий автор нового исследования.
«Наши наблюдения за AT2021ehb согласуются с идеей о том, что магнитные поля имеют какое-то отношение к тому, как формируется корона, и мы хотим знать, что вызывает такое сильное магнитное поле».
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.